Обработка поверхности и модификация

Поверхности покрывают все. Привлекательность и функции материалов, которые обеспечивают нам поверхности, имеют первостепенное значение. Therefore SURFACE TREATMENT and SURFACE MODIFICATION are among our everyday industrial operations. Обработка и модификация поверхности приводят к улучшению свойств поверхности и могут выполняться либо в качестве окончательной отделки, либо перед нанесением покрытия или соединением. , адаптировать поверхности материалов и изделий к:

 

 

 

- Контролировать трение и износ

 

- Улучшить коррозионную стойкость

 

- Улучшить адгезию последующих покрытий или соединяемых деталей

 

- Изменение физических свойств проводимости, удельного сопротивления, поверхностной энергии и отражения

 

- Изменять химические свойства поверхностей путем введения функциональных групп

 

- Изменить размеры

 

- Изменение внешнего вида, например, цвета, шероховатости и т. д.

 

- Очистите и/или продезинфицируйте поверхности

 

 

 

Используя обработку и модификацию поверхности, можно улучшить функции и срок службы материалов. Наши общие методы обработки и модификации поверхности можно разделить на две основные категории:

 

 

 

Обработка поверхности и модификация, которая охватывает поверхности:

 

Органические покрытия: органические покрытия наносят краски, цементы, ламинаты, плавленые порошки и смазки на поверхности материалов.

 

Неорганические покрытия: Нашими популярными неорганическими покрытиями являются гальваническое покрытие, автокаталитическое покрытие (химическое покрытие), конверсионные покрытия, термическое напыление, горячее погружение, наплавка, плавление в печи, тонкопленочные покрытия, такие как SiO2, SiN на металле, стекле, керамике и т. д. Обработка поверхности и модификация с использованием покрытий подробно описаны в соответствующем подменю.нажмите здесь Функциональные покрытия / Декоративные покрытия / Тонкая пленка / Толстая пленка

 

 

 

Поверхностная обработка и модификация, которые изменяют поверхности: здесь, на этой странице, мы сконцентрируемся на них. Не все методы обработки и модификации поверхности, которые мы описываем ниже, относятся к микро- или наномасштабу, но мы, тем не менее, кратко упомянем о них, поскольку основные цели и методы в значительной степени аналогичны тем, которые используются в микропроизводственном масштабе.

 

 

 

Закалка: Селективная поверхностная закалка лазером, пламенем, индукцией и электронным лучом.

 

 

 

Высокоэнергетические процедуры: некоторые из наших высокоэнергетических процедур включают ионную имплантацию, лазерное остекление и плавление, а также обработку электронным лучом.

 

 

 

Обработка тонкой диффузией: Процессы тонкой диффузии включают ферритно-нитроцементацию, борирование и другие высокотемпературные реакционные процессы, такие как TiC, VC.

 

 

 

Тяжелая диффузионная обработка: наши тяжелые диффузионные процессы включают науглероживание, азотирование и карбонитрирование.

 

 

 

Специальная обработка поверхности: Специальная обработка, такая как криогенная, магнитная и звуковая обработка, влияет как на поверхности, так и на сыпучие материалы.

 

 

 

Процессы селективной закалки могут осуществляться пламенным, индукционным, электронным лучом, лазерным лучом. Большие подложки подвергаются глубокой закалке с использованием закалки пламенем. Индукционная закалка, с другой стороны, используется для мелких деталей. Лазерное и электронно-лучевое упрочнение иногда не отличаются от упрочнения при наплавке или высокоэнергетической обработке. Эти процессы обработки и модификации поверхности применимы только к сталям, которые имеют достаточное содержание углерода и легирующих элементов, чтобы сделать возможной закалку. Чугуны, углеродистые стали, инструментальные стали и легированные стали подходят для этого метода обработки и модификации поверхности. Эти упрочняющие обработки поверхности существенно не изменяют размеры деталей. Глубина упрочнения может варьироваться от 250 мкм до всей глубины сечения. Однако в случае всего сечения сечение должно быть тонким, менее 25 мм (1 дюйм) или малым, поскольку процессы закалки требуют быстрого охлаждения материалов, иногда в течение секунды. Этого трудно добиться в больших заготовках, и поэтому в больших сечениях закаливать можно только поверхности. В качестве популярного процесса обработки и модификации поверхности мы упрочняем пружины, лезвия ножей и хирургические лезвия, а также многие другие продукты.

 

 

 

Высокоэнергетические процессы являются относительно новыми методами обработки и модификации поверхности. Свойства поверхностей изменяются без изменения размеров. Нашими популярными высокоэнергетическими процессами обработки поверхности являются обработка электронным лучом, ионная имплантация и обработка лазерным лучом.

 

 

 

Электронно-лучевая обработка: Электронно-лучевая обработка поверхности изменяет свойства поверхности за счет быстрого нагрева и быстрого охлаждения — порядка 10Exp6 по Цельсию/сек (10exp6 по Фаренгейту/сек) в очень мелкой области около 100 микрон вблизи поверхности материала. Электронно-лучевая обработка также может использоваться при наплавке для получения поверхностных сплавов.

 

 

 

Ионная имплантация: в этом методе обработки и модификации поверхности используется электронный луч или плазма для преобразования атомов газа в ионы с достаточной энергией и имплантации/вставки ионов в атомную решетку подложки, ускоренных магнитными катушками в вакуумной камере. Вакуум облегчает свободное перемещение ионов в камере. Несоответствие между имплантированными ионами и поверхностью металла создает атомарные дефекты, которые упрочняют поверхность.

 

 

 

Обработка лазерным лучом: Подобно обработке и модификации поверхности электронным лучом, обработка лазерным лучом изменяет свойства поверхности путем быстрого нагрева и быстрого охлаждения в очень мелкой области вблизи поверхности. Этот метод обработки и модификации поверхности также можно использовать при наплавке для получения поверхностных сплавов.

 

 

 

Ноу-хау в области дозирования имплантатов и параметров обработки позволяет нам использовать эти высокоэнергетические методы обработки поверхности на наших производственных предприятиях.

 

 

 

Тонкая диффузионная обработка поверхности:

​

Ферритная нитроцементация — это процесс цементации, при котором азот и углерод проникают в черные металлы при докритических температурах. Температура обработки обычно составляет 565 градусов по Цельсию (1049 по Фаренгейту). При этой температуре стали и другие сплавы железа все еще находятся в ферритной фазе, что выгодно по сравнению с другими процессами цементации, происходящими в аустенитной фазе. Процесс используется для улучшения:

 

• устойчивость к истиранию

 

•усталостные свойства

 

•устойчивость к коррозии

 

Благодаря низким температурам обработки в процессе закалки происходит очень небольшое искажение формы.

 

 

 

Борирование - это процесс, при котором бор вводится в металл или сплав. Это процесс поверхностного упрочнения и модификации, при котором атомы бора диффундируют в поверхность металлического компонента. В результате поверхность содержит бориды металлов, такие как бориды железа и бориды никеля. В чистом виде эти бориды обладают чрезвычайно высокой твердостью и износостойкостью. Детали из борированного металла обладают чрезвычайной износостойкостью и часто служат в пять раз дольше, чем детали, прошедшие традиционную термическую обработку, такую как закалка, науглероживание, азотирование, нитроцементация или индукционная закалка.

 

​

 

Тяжелая диффузионная обработка поверхности и модификация: если содержание углерода низкое (например, менее 0,25%), мы можем увеличить содержание углерода в поверхности для упрочнения. Деталь может быть либо термообработана путем закалки в жидкости, либо охлаждена на воздухе в зависимости от желаемых свойств. Этот метод допускает локальное упрочнение только на поверхности, но не в сердцевине. Иногда это очень желательно, потому что это позволяет получить твердую поверхность с хорошими свойствами износа, как у зубчатых колес, но имеет прочный внутренний сердечник, который хорошо работает при ударных нагрузках.

 

 

 

В одном из методов обработки и модификации поверхности, а именно цементации, мы добавляем углерод к поверхности. Мы подвергаем деталь воздействию богатой углеродом атмосферы при повышенной температуре и позволяем диффузии перенести атомы углерода в сталь. Диффузия будет происходить только в том случае, если сталь имеет низкое содержание углерода, потому что диффузия работает по принципу перепада концентраций.

 

 

 

Науглероживание в пакете: Детали упаковываются в среду с высоким содержанием углерода, такую как угольный порошок, и нагреваются в печи в течение от 12 до 72 часов при температуре 900 градусов по Цельсию (1652 по Фаренгейту). При этих температурах выделяется газ CO, который является сильным восстановителем. Реакция восстановления происходит на поверхности стали с выделением углерода. Затем углерод диффундирует на поверхность благодаря высокой температуре. Углерод на поверхности составляет от 0,7% до 1,2% в зависимости от условий процесса. Достигаемая твердость составляет 60 - 65 RC. Глубина науглероженного корпуса колеблется от 0,1 мм до 1,5 мм. Пакетное науглероживание требует хорошего контроля однородности температуры и постоянства при нагреве.

 

 

 

Газовое науглероживание: В этом варианте обработки поверхности газ окись углерода (CO) подается в нагретую печь, и на поверхности деталей происходит восстановительная реакция осаждения углерода. Этот процесс решает большинство проблем науглероживания набивки. Однако одной из проблем является безопасное удержание газа CO.

 

 

 

Жидкая цементация: стальные детали погружаются в ванну с расплавленным углеродом.

 

 

 

Азотирование — это процесс обработки и модификации поверхности, включающий диффузию азота в поверхность стали. Азот образует нитриды с такими элементами, как алюминий, хром и молибден. Детали проходят термообработку и отпуск перед азотированием. Затем детали очищают и нагревают в печи в атмосфере диссоциированного аммиака (содержащего N и H) в течение 10-40 часов при температуре 500-625 градусов Цельсия (932-1157 градусов по Фаренгейту). Азот диффундирует в сталь и образует нитридные сплавы. Он проникает на глубину до 0,65 мм. Корпус очень жесткий и искажения низкие. Поскольку корпус тонкий, шлифовка поверхности не рекомендуется, и поэтому обработка поверхности азотированием может не подойти для поверхностей с очень гладкими требованиями к отделке.

 

 

 

Процесс карбонитрации и модификации поверхности наиболее подходит для низкоуглеродистых легированных сталей. В процессе карбонитрации и углерод, и азот диффундируют на поверхность. Детали нагреваются в атмосфере углеводорода (такого как метан или пропан), смешанного с аммиаком (NH3). Проще говоря, процесс представляет собой смесь науглероживания и азотирования. Обработка поверхности карбонитрированием выполняется при температуре 760 - 870 градусов по Цельсию (1400 - 1598 по Фаренгейту), затем она закаливается в атмосфере природного газа (бескислородной). Процесс карбонитрации не подходит для высокоточных деталей из-за присущих ему искажений. Достигаемая твердость аналогична науглероживанию (60 - 65 RC), но не так высока, как азотирование (70 RC). Глубина корпуса составляет от 0,1 до 0,75 мм. Корпус богат нитридами, а также мартенситом. Последующий отпуск необходим для уменьшения хрупкости.

 

 

 

Процессы специальной обработки и модификации поверхности находятся на ранних стадиях разработки, и их эффективность еще не доказана. Они есть:

 

 

 

Криогенная обработка: обычно применяется к закаленным сталям, медленно охлаждает подложку примерно до -166 градусов по Цельсию (-300 по Фаренгейту), чтобы увеличить плотность материала и, таким образом, повысить износостойкость и стабильность размеров.

 

 

 

Вибрационная обработка: предназначены для снятия термического напряжения, возникающего при термической обработке, за счет вибрации и увеличения срока службы.

 

 

 

Магнитная обработка: они предназначены для изменения состава атомов в материалах с помощью магнитных полей и, как мы надеемся, увеличивают срок службы.

 

 

 

Эффективность этих специальных методов обработки и модификации поверхности еще предстоит доказать. Кроме того, эти три описанных выше метода воздействуют не только на поверхности, но и на сыпучий материал.